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1、基于單片機的智能循跡小車 的研究與設(shè)計 指導(dǎo)老師：劉義杰 報告人 ：于海 日期： 2012.4.14 主要內(nèi)容： 選題背景 1 循跡小車總體設(shè)計 2 循跡小車硬件設(shè)計 3 循跡小車軟件設(shè)計 4 總結(jié) 5 選題背景 : 第一代 可編程的示教 在線 型 循跡小車 第二代 離線編程 型 循跡小車 第三代 智能型 循跡小車 以多種外部傳感器構(gòu)成感官系統(tǒng)，通過采集外部的環(huán)境信 息，精確地描述外部環(huán)境的變化。 裝有簡單的傳感器，可以感覺到自身的的運動位置，速度等 其他物理量，電路是一個閉環(huán)反饋的控制系統(tǒng)，能適應(yīng)一定 的外部環(huán)境變化。 不裝載任何傳感器，只是采用簡單的開關(guān)控制，通過編程 來設(shè)置循跡小車的路徑
2、與運動參數(shù) 。 世界上誕生第一臺循跡小車誕生于 1959年，至今已有 50多年的 歷史，機器人技術(shù)也取得了飛速的發(fā)展和進步，現(xiàn)已發(fā)展成一門 包含：機械、電子、計算機、自動控制、信號處理，傳感器等多 學(xué)科為一體的性尖端技術(shù)。循跡小車共歷了三代技術(shù)創(chuàng)新變革： 循跡小車特點 : 1 智能循跡小車是指裝備如電磁，光學(xué)或其他自動導(dǎo) 引裝置，通過電腦程序來控制，沿設(shè)定的引導(dǎo)路徑 行駛，也可把電磁軌道黏貼在地板上來確定其行進 路線，無需駕駛員操作，將貨物自動從起始點運送 到目的地。 2 循跡小車的另一個特點是高度自動化，可以根據(jù)倉儲貨位要求、生產(chǎn)工藝流程等改變而靈活改變行駛路徑，而且改變運行路徑的費用與傳統(tǒng)
3、的輸 送帶和傳送線相比非常低廉。 3 此外，循跡小車小車依靠蓄電池提供動力，具有清潔生產(chǎn)、運行過程中無噪音、無污染的特點，可用在工作環(huán)境清潔的地方。 循跡小車總體設(shè)計 : 循跡小車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng)采用簡單明了的設(shè)計 方案。通過高發(fā)射功率紅外光電 二極管和高靈敏度光電晶體管組 成的傳感器循跡模塊判斷黑線路 經(jīng)，然后由 STC89C52單片機 通 過 IO口控制 L298N驅(qū)動模塊改變 兩個直流電機的工作狀態(tài)，最后 實現(xiàn)小車循跡。 晶振電路 : 1 在 STC89S52單片機上內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1和 XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。 2 在
4、 XTAL1和 XTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。 3 本設(shè)計選用 12MHZ無源晶振、 2個 22pF電容，使得一個機器周期是 1 s。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號，兩個電容則是起到并聯(lián)諧振的作用。 晶振電路圖 復(fù)位電路 : 1 89系列單片機的復(fù)位信號是從 RST引腳輸入到芯片內(nèi) 的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時， 且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST引腳上有一個高電平并維 持 2個機器周期 (24個振蕩周期 )以上，則 CPU就可以 響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。 2 當(dāng)系統(tǒng) 上電后，由于電容充電，使 RST持續(xù)一段高電平時間。當(dāng)單片機已在運行之中時，按下復(fù)位鍵也能
5、使 RST持續(xù)一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上 電且開關(guān)復(fù)位的操作 。 復(fù)位電路圖 循跡傳感器 : 1 TC端是傳感器工作控制端，為高電平時，發(fā)光二極管不工作，傳感器休眠，為低電平時，傳感器啟動。 2 Signal端為檢測信號輸出，當(dāng)遇到黑線，黑線吸收大量的紅外線，反射的紅外線很弱，光敏三極管不導(dǎo)通， Signal輸出高電平；當(dāng)遇到白線，與黑線相反， 反射的紅外線很強，使光敏三極管導(dǎo)通， Signal輸出 低電平。 循跡傳感器電路圖 驅(qū)動電路 : 1 L298N是一個內(nèi)部有兩個 H橋的驅(qū)動芯片， 這樣電機的運轉(zhuǎn)只需要用三個信號控制：兩個 方向信號和一個使能信號。 2 如果 OUT1信號為“ 0”
6、， OUT2 信號為“ 1” ，并且使能信號是 “ 1” ，那么三極管 Q1和 Q4導(dǎo)通， 電流從左至右流經(jīng)電機；如果 OUT1信號變?yōu)椋骸?1” ，而 OUT2信號變?yōu)椤?0” ，那么 Q2和 Q3將導(dǎo)通，電流則反向流過電機。 L298N驅(qū)動芯片和直流電機接線圖 循跡小車軟件設(shè)計 : 1 本設(shè)計采用 C語言來編譯程序。模塊化結(jié)構(gòu)程序的設(shè)計，可 以使系統(tǒng)軟件便于調(diào)試與優(yōu)化，也使其他人更好地理解和 閱讀系統(tǒng)的程序設(shè)計。因此，軟件的設(shè)計上，運用了模塊 化程序的結(jié)構(gòu)對軟件進行設(shè)計，使得程序變得更加直觀易 懂。程序的主要模塊有：主程序、定時溢出中斷服務(wù)程序、 外部中斷服務(wù)程序。 2 Keil C51單
7、片機軟件開發(fā)系統(tǒng)可用于編輯 C或匯編源文件。然后分別由 C51編譯器編譯生成目標(biāo)文件（ .OBJ）。目標(biāo)文件與庫文件一起經(jīng) LIB51連 接定位生成絕對目標(biāo)文件（ .ABS）。 ABS文件由 OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex文件 。 3 在軟件調(diào)試中，使用功能強大且的 WAVE 6000軟件進行軟件編譯與調(diào)試 ,使用 Microcontroller ISP Software及其配套的單片機對程序進行燒錄。 主要程序功能 /*第一部分 管腳聲明 */ sbit PWM1=P10; /電機 A/B使能端 sbit PWM2=P11; sbit IN1=P12; /電機控制端 sbit IN2=P13;
8、 sbit IN3=P14; sbit IN4=P15; sbit RP1=P20; /傳感器管腳位聲明 sbit RP2=P21; sbit RP3=P22; sbit RP4=P23; /*第二部分 電機控制子函數(shù) */ void forward1() /電機 1前進 IN1=0; IN2=1; void forward2() /電機 2前進 IN3=0; IN4=1; void back1() /電機 1后退 IN1=1; IN2=0; void back2() /電機 2后退 IN3=1; IN4=0; /*第三部分 主函數(shù) */ void main() int num=0; TMOD
9、=0 x01; /中斷模式設(shè)置 EA=1; TH0=(65536-1000)/256; /定時 1ms /*第四部分 中斷服務(wù)函數(shù) */ void time0()interrupt 1 TH0=(65536-1000)/256; /定時 1ms TL0=(65536-1000)%256; count1+; count2+; if(count1=500) /周期是 500ms count1=0; if(count2=500) /周期是 500ms count2=0; TL0=(65536-1000)%256; ET0=1; TR0=1; turn(count1,250,count2,250);
10、/使小車沖上黑色軌道 delay(350); /延時等待小車沖上黑色軌道 結(jié)論： 本課題研究的內(nèi)容主要是智能小車的循跡系統(tǒng)。以實驗組裝小車為基 礎(chǔ)，使用了 4個光電傳感器來探測周圍環(huán)境，同時對采集到的數(shù)據(jù)信 息進行融合。取得了以下成果： 2 經(jīng)過 多 次的測試證明，循跡傳感器呈 M型布局時 更 適合檢 測多彎道的軌跡。由于傳感器不在同一直線上，故小車轉(zhuǎn) 彎時，左右兩邊后部的傳感器有較大的采樣空間，兩邊前 端的傳感器則對采集的信號有更好的前瞻性。整個布局有 利于在彎道處提高小車速度。但相對一字型布局， M型布 局容易產(chǎn)生不穩(wěn)定信號，從而產(chǎn)生信號震蕩，影響小車行 駛的穩(wěn)定性。 3 小車保留了擴展功能。循跡小車在完成設(shè)計預(yù)想的前提下，考慮 到 車體結(jié)構(gòu)設(shè)計的簡單化，降低了制作成本，使之更具有普及性。保留了各種硬件接口和軟件子程序 接口，方便以后的擴展和進一步的開發(fā)。 1 小車可以實現(xiàn)按照預(yù)定軌道在無外部環(huán)境影響或改變時，小車將一直在軌道上循跡。 展望： 智能循跡小車屬于應(yīng)用開發(fā)項目，涉及了多種學(xué)科，由于本課題的試 驗性和不完善性。智能循跡小車在以下兩個方面還有提升的空間： 1 環(huán)境信息采集功能：環(huán)境信息采集的實時性和完整性。 增加避障控制功能：包括避障的精確性和靈活度這兩 個指標(biāo)。 2 Thank You For Your Attention! 16
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